Als Automation Engineer stehen wir ständig vor der Herausforderung, die effizienteste und kostengünstigste Lösung für unsere Automatisierungsprojekte zu finden. In einer Welt, in der Industrie 4.0 und Cloud-basierte Steuerungen immer präsenter werden, stellt sich die Frage: Müssen wir wirklich noch SPSen verdrahten? Die Antwort ist – wie so oft – nicht einfach und hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Dieser Artikel soll Ihnen als praxisorientierter Leitfaden dienen, um fundierte Entscheidungen zu treffen.
Die klassische SPS-Verdrahtung: Ein bewährtes Konzept
Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist seit Jahrzehnten das Arbeitspferd der industriellen Automatisierung. Sie ist robust, zuverlässig und bietet eine hohe Flexibilität bei der Implementierung komplexer Steuerungslogiken. Die Verdrahtung einer SPS beinhaltet typischerweise das Anschließen von Sensoren, Aktoren und anderen Feldgeräten an die Ein- und Ausgänge der SPS. Dies geschieht in der Regel über Klemmenleisten und Verbindungsleitungen.
Die Vorteile der klassischen SPS-Verdrahtung liegen auf der Hand:
- Robustheit und Zuverlässigkeit: SPSen sind für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen konzipiert und widerstehen Vibrationen, Temperaturschwankungen und elektromagnetischen Störungen.
- Etablierte Technologie: Es gibt eine große Anzahl von erfahrenen Ingenieuren und Technikern, die mit der Programmierung und Wartung von SPSen vertraut sind.
- Flexibilität: SPSen können für eine Vielzahl von Anwendungen programmiert werden, von einfachen Steuerungsaufgaben bis hin zu komplexen Prozesssteuerungen.
- Lokale Steuerung: Die Steuerung findet lokal statt, was in Umgebungen mit instabiler Internetverbindung von Vorteil ist.
Doch die Verdrahtung bringt auch Herausforderungen mit sich:
- Zeitaufwand: Die Verdrahtung einer SPS kann zeitaufwendig sein, insbesondere bei komplexen Anlagen.
- Kosten: Die Kosten für Kabel, Klemmenleisten, Schaltschränke und Arbeitszeit können erheblich sein.
- Fehleranfälligkeit: Fehler bei der Verdrahtung können zu schwerwiegenden Problemen führen und die Inbetriebnahme verzögern.
- Platzbedarf: Schaltschränke benötigen Platz, was in beengten Produktionsumgebungen ein Problem darstellen kann.
Alternativen zur klassischen SPS-Verdrahtung
In den letzten Jahren haben sich verschiedene Alternativen zur klassischen SPS-Verdrahtung entwickelt, die in bestimmten Anwendungsfällen deutliche Vorteile bieten können:
1. Feldbus-Systeme
Feldbus-Systeme wie PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT oder IO-Link ermöglichen die digitale Kommunikation zwischen SPS und Feldgeräten. Anstatt jedes Gerät einzeln zu verdrahten, werden die Geräte an ein gemeinsames Netzwerk angeschlossen. Dies reduziert den Verdrahtungsaufwand erheblich und ermöglicht die Übertragung von Diagnose- und Prozessdaten in Echtzeit.
Vorteile von Feldbus-Systemen:
- Reduzierter Verdrahtungsaufwand: Deutlich weniger Kabel und Klemmenleisten erforderlich.
- Verbesserte Diagnosemöglichkeiten: Echtzeit-Diagnoseinformationen ermöglichen eine schnelle Fehlerbehebung.
- Flexibilität: Einfache Erweiterung und Anpassung der Anlage.
- Standardisierung: Verwendung standardisierter Protokolle ermöglicht die Integration verschiedener Geräte unterschiedlicher Hersteller.
Nachteile von Feldbus-Systemen:
- Höhere Anfangsinvestition: Feldbus-Komponenten sind in der Regel teurer als herkömmliche E/A-Module.
- Komplexität: Die Konfiguration und Inbetriebnahme von Feldbus-Systemen erfordert spezifisches Know-how.
- Abhängigkeit vom Netzwerk: Bei Ausfall des Netzwerks kann die gesamte Anlage betroffen sein.
2. Drahtlose Kommunikation
Drahtlose Kommunikationstechnologien wie WLAN, Bluetooth oder Zigbee ermöglichen die drahtlose Anbindung von Sensoren und Aktoren an die SPS. Dies ist besonders vorteilhaft in schwer zugänglichen Bereichen oder bei mobilen Anwendungen.
Vorteile der drahtlosen Kommunikation:
- Eliminierung von Kabeln: Reduzierung des Verdrahtungsaufwands und erhöhte Flexibilität.
- Einfache Installation: Keine aufwendige Kabelverlegung erforderlich.
- Mobilität: Ermöglicht die Anbindung von mobilen Geräten und Sensoren.
Nachteile der drahtlosen Kommunikation:
- Zuverlässigkeit: Abhängigkeit von der Signalstärke und der Störungsfreiheit der Funkverbindung.
- Sicherheit: Erhöhtes Risiko von Cyberangriffen.
- Bandbreite: Begrenzte Bandbreite kann bei der Übertragung großer Datenmengen zum Problem werden.
- Batterielebensdauer: Bei batteriebetriebenen Sensoren ist die Batterielebensdauer zu berücksichtigen.
3. Cloud-basierte Steuerungen
Cloud-basierte Steuerungen verlagern die Steuerungslogik in die Cloud. Die Feldgeräte werden direkt mit der Cloud verbunden, wodurch die Notwendigkeit einer lokalen SPS entfällt. Dies ermöglicht die zentrale Überwachung und Steuerung von Anlagen über das Internet.
Vorteile von Cloud-basierten Steuerungen:
- Zentrale Überwachung und Steuerung: Zugriff auf die Anlage von überall auf der Welt.
- Skalierbarkeit: Einfache Erweiterung der Anlage ohne zusätzliche Hardware.
- Datenanalyse: Nutzung von Cloud-basierten Analysewerkzeugen zur Optimierung der Prozesse.
Nachteile von Cloud-basierten Steuerungen:
- Abhängigkeit von der Internetverbindung: Bei Ausfall der Internetverbindung ist die Anlage nicht steuerbar.
- Sicherheit: Erhöhtes Risiko von Cyberangriffen.
- Latenz: Verzögerungen bei der Datenübertragung können die Steuerungsperformance beeinträchtigen.
- Datenschutz: Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes und der Datensicherheit.
4. Direkte Anbindung von Sensoren und Aktoren an IT-Systeme
In einigen Fällen ist es möglich, Sensoren und Aktoren direkt an IT-Systeme wie MES (Manufacturing Execution System) oder ERP (Enterprise Resource Planning) Systeme anzubinden. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn die Steuerung primär auf Datenerfassung und -analyse basiert.
Vorteile der direkten Anbindung:
- Direkte Integration in IT-Systeme: Vermeidung von Schnittstellen und Datenkonvertierungen.
- Echtzeit-Daten: Sofortige Verfügbarkeit von Daten für Analyse und Reporting.
- Reduzierte Hardwarekosten: Wegfall der SPS.
Nachteile der direkten Anbindung:
- Sicherheitsrisiken: Direkter Zugriff auf IT-Systeme kann Sicherheitslücken schaffen.
- Komplexität: Erfordert fundierte Kenntnisse in IT- und Automatisierungstechnik.
- Echtzeitfähigkeit: IT-Systeme sind in der Regel nicht für Echtzeitanwendungen ausgelegt.
- Zertifizierung: Bei sicherheitskritischen Anwendungen ist eine Zertifizierung der IT-Systeme erforderlich.
Wann ist die klassische SPS-Verdrahtung noch sinnvoll?
Trotz der genannten Alternativen gibt es weiterhin viele Anwendungsfälle, in denen die klassische SPS-Verdrahtung die beste Wahl ist:
- Kleine und einfache Anwendungen: Bei kleinen Anlagen mit wenigen Ein- und Ausgängen ist der Aufwand für die Implementierung alternativer Technologien oft nicht gerechtfertigt.
- Anwendungen mit hohen Anforderungen an Robustheit und Zuverlässigkeit: SPSen sind für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen konzipiert und bieten eine hohe Zuverlässigkeit.
- Sicherheitskritische Anwendungen: SPSen sind oft zertifiziert für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen.
- Anwendungen mit begrenztem Budget: Bei begrenztem Budget kann die klassische SPS-Verdrahtung die kostengünstigste Lösung sein.
- Infrastruktur ist bereits vorhanden: Wenn in einer bestehenden Anlage bereits eine SPS-Infrastruktur vorhanden ist, kann es sinnvoll sein, diese zu nutzen und die Anlage entsprechend zu erweitern.
Fazit: Eine fundierte Entscheidung treffen
Die Entscheidung, ob eine SPS verdrahtet werden muss oder ob alternative Technologien eingesetzt werden können, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Es ist wichtig, die Vor- und Nachteile der verschiedenen Optionen sorgfältig abzuwägen und die spezifischen Anforderungen des Projekts zu berücksichtigen. Fragen Sie sich:
- Wie komplex ist die Anwendung?
- Welche Anforderungen bestehen an Robustheit und Zuverlässigkeit?
- Welches Budget steht zur Verfügung?
- Welche Kompetenzen sind im Unternehmen vorhanden?
- Welche Anforderungen bestehen an die Datenerfassung und -analyse?
Indem Sie diese Fragen beantworten und die oben genannten Aspekte berücksichtigen, können Sie eine fundierte Entscheidung treffen und die optimale Lösung für Ihr Automatisierungsprojekt auswählen. Oftmals ist auch eine Kombination verschiedener Technologien sinnvoll, um die Vorteile der verschiedenen Ansätze zu nutzen. Denken Sie daran: Die beste Lösung ist die, die Ihre Anforderungen am besten erfüllt und gleichzeitig wirtschaftlich und zukunftssicher ist.